Phylogeny and genetic diversity of Indian crested porcupine (Hystrix indica) based on mtDNA cytochrome b in Fars province

Subject Areas : Biodiversity

AliReza Sahraeian Jahromi ¹ , Jalil Imani Harsini ² , Hamidreza rezaei ³

1 - M.Sc. graduate in Environmental Science, Faculty of Natural Resources and Environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 - Department of Environmental and Forest Science, Faculty of Natural Resources and Environment, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran. *(Corresponding Auther)
3 - Department of Environmental Sciences, Faculty of Fisheries and Environmental Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.

Received: 2022-09-13 Accepted : 2024-02-13 Published : 2023-12-22

Keywords: Hystrix indica, Phylogenetics, genetic diversity, cytochrome B, Fars province,

Abstract :

Background and Objective: In recent years, Hystrix indica as the biggest rodent in Iran has been in conflict with humans regarding the destruction of gardens and agricultural products, and the population of this species has been decreased due to illegal hunting and the use of pesticides and chemical poisons. Meanwhile there is not effective information which provide the possibility of developing a management and conservation plan for this species, so the aim of this study is to investigate the structure and genetic diversity of Hystrix indica in Fars province habitats. Material and Methodology: 15 quill and tissue samples of this species were collected in the Fars province habitats. After DNA extraction, mitochondrial cytochrome b gene was amplified in 13 samples by polymerase chain reaction and 912 nucleotide pairs of this gene were sequenced and edited for each sample. Findings: Based on the Maximum Likelihood Estimation of Phylogenetic Tree, all the studied samples are related to the same clade and belong to Hystrix indica species. Among the studied samples, only two different haplotypes were identified and the haplotype diversity was equal to 0.282 and the nucleotide diversity was estimated to be 0.00029. Discussion and Conclusion: the results showed that haplotype diversity of Hystrix indica is low in Fars province, so it is suggested to avoid further environmental crises like disruption of its food chain, while conducting demographic studies in order to develop a conservation and management plan for this species.

References:

1. Lande R. Extinction Risks from Anthropogenic, Ecological. Genetics and the extinction of species: DNA and the conservation of biodiversity. 1999:1.
2. Fleishman E, Noss RF, Noon BR. Utility and limitations of species richness metrics for conservation planning. Ecological indicators. 2006; 6 (3):543-53.
3. Brooks T. Rose-tinted ecology. Public Library of Science San Francisco, USA; 2003.
4. Hackländer K, Ferrand N, Alves PC. Overview of lagomorph research: what we have learned and what we still need to do. Lagomorph Biology: Springer; 2008. p. 381-91.
5. Davison J, Ho SY, Bray SC, Korsten M, Tammeleht E, Hindrikson M, et al. Late-Quaternary biogeographic scenarios for the brown bear (Ursus arctos), a wild mammal model species. Quaternary Science Reviews. 2011; 30(3-4):418-30.
6. Jafari HNZ, Hamid; Bolandi, Ahmad Reza; Darzi Ramandi, Hadi. Investigating the genetic diversity and phylogenetic relationships of some species of the saffron genus in Iran using the RAPD marker. Biotechnology of Medicinal Plants. 2014;1(No 1), 55-63 (In Persian)
7. Tobe S, Linacre A. Species identification of human and deer from mixed biological material. Forensic science international. 2007;169(2-3):278-9.
8. Avise JC. A role for molecular genetics in the recognition and conservation of endangered species. Trends in Ecology & Evolution. 1989; 4(9): 279-81.
9. Movaghar S. Iranocypris typhlops Kaiser the blind cave fish from Iran. Journal of the Veterinary Faculty of the University of Tehran. 1973; 29:43-50.
10. Vogler AP, Desalle R. Diagnosing units of conservation management. Conservation Biology. 1994; 8(2):354-63.
11. Freeland JR. Molecular ecology: John Wiley & Sons; 2020.
12. Hilborn R, Quinn TP, Schindler DE, Rogers DE. Biocomplexity and fisheries sustainability. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2003;100(11):6564-8.
13. Hughes JB, Daily GC, Ehrlich PR. Population diversity: its extent and extinction. Science. 1997; 278(5338):689-92.
14. Luck GW, Daily GC, Ehrlich PR. Population diversity and ecosystem services. Trends in Ecology & Evolution. 2003;18(7):331-6.
15. Memarzadeh Kiani A, Imani Harsini J, Karami M. Modeling the habitat desirability of Hystrix indica in Khajir National Park using the entropy treatment method (MaxEnt). Animal Environment Quarterly. 2021;13 (4):9-18. (In Persian)
16. Namvar P, Derini A. Controlling the damage of the rodent (Rodentia: Hystricidae) Hystrix indica Kerr in the fields of natural resources in the south of Kerman province. national conference on sustainable agriculture and natural resources, Tehran. 2012. (In Persian)
17. Fattahi M. . The effect of ash on the forests of Zagros (Case study in the cradle of Islamabad West). Journal of Research and Construction. 1994;24 (In Persian)
18. Chaudbry M, Ahmad A. Trial of poisonous gases and baits against porcupines. Pakistan journal of forestry. 1975.
19. Chaudhry G. Wildlife an Economic Zoologist’s view point. Pak J For. 1970; 20: 369-72.
20. Khan A, Ahmad S, Hussain I, Munir S. Deterioration impact of Indian crested porcupine, Hystrix indica, on forestry and agricultural systems in Pakistan. International Biodeterioration & Biodegradation. 2000;45(3-4):143-9.
21. Khan H, Arif I, Al Farhan A, Al Homaidan A. Phylogenetic analysis of oryx species using partial sequences of mitochondrial rRNA genes. Genetics and Molecular Research. 2008;7(4):1150-5.
22. Moshtagh M. Evaluation of bait fresh food to manage Hystrix indica. Pakistan Journal of Zool, 40: p 179. 2008.
23. Pervez A. Developmental biology, feeding patterns and management strategy against Indian crested porcupine (Hystrix indica) in Sindh and Balochistan provinces. 3rd Annual Progress Rep(2005-2006), ALP Project VPCI/SARC/PARC, Karachi. 2006:56.
24. Rasi Y, Jalali M, Javadian E, Motazedian M. Confirmation of Meriones libycus (Rodentia; Gerbillidae) as the Main Reservoir Host of Zoonotic Cutaneous Leishmaniasis in Arsanjan, Fars Province, South of Iran (1999-2000). 2001.
25. Karami M, Qadirian T, Faizullahi K. Mammal Atlas of Iran. jahad daneshgahi Publications, Khwarazmi branch. 2015. (In Persian)
26. Hsieh H-M, Chiang H-L, Tsai L-C, Lai S-Y, Huang N-E, Linacre A, et al. Cytochrome b gene for species identification of the conservation animals. Forensic science international. 2001;122(1):7-18.
27. Lopez-Oceja A, Gamarra D, Borragan S, Jiménez-Moreno S, De Pancorbo M. New cyt b gene universal primer set for forensic analysis. Forensic Science International: Genetics. 2016;23:159-65.
28. Kumar S, Tamura K, Jakobsen IB, Nei M. MEGA2: molecular evolutionary genetics analysis software. Bioinformatics. 2001;17(12):1244-5.
29. İbiş O. Partial mitogenome sequence of the Indian crested porcupine (Hystrix indica) in Turkey, with the phylogeny of the subgenus Hystrix. Biology Bulletin. 2020;47(4):399-406.
30. Trucchi E, Gentile G, Sbordoni V. Development of primers to amplify mitochondrial DNA control region of Old World porcupines (subgenus Hystrix). Molecular ecology resources. 2008;8(5):1139-41.
31. Din-Pow M, Zharkikh A, Graur D, VandeBerg JL, Lie W-H. Structure and evolution of opossum, guinea pig, and porcupine cytochrome b genes. Journal of Molecular Evolution. 1993;36(4):327-34.
32. Tu F, Huang X, Zhang Y, Feng Y. Complete mitochondrial genome of captive Chinese porcupine Hystrix hodgsoni (Rodentia: Hystricidae). Mitochondrial DNA Part B. 2020;5(2):1945-6.
33. Gombeer S, Nebesse C, Musaba P, Ngoy S, Peeters M, Vanderheyden A, et al. Exploring the bushmeat market in Brussels, Belgium: a clandestine luxury business. Biodiversity and Conservation. 2021; 30(1):55-66.
34. Vilela RdV. Roedores e biomas neotropicais: estudos evolutivos e comparativos: Universidade de São Paulo; 2011.
35. Voss RS, Hubbard C, Jansa SA. Phylogenetic relationships of New World porcupines (Rodentia, Erethizontidae): implications for taxonomy, morphological evolution, and biogeography. American Museum Novitates. 2013; 2013(3769):1-36.
36. Shi H, Ren M, Zhang S, Mao X. A complete mitochondrial genome of the Damaraland mole rat Fukomys damarensis retrieved from the published genome of the brandt's bat Myotis brandtii. Mitochondrial DNA Part A. 2016;27(6): 4282-3.
37. Tamura K, Dudley J, Nei M, Kumar S. MEGA4: molecular evolutionary genetics analysis (MEGA) software version 4.0. Molecular biology and evolution. 2007;24(8):1596-9.
38. Librado P, Rozas J. DnaSP v5: a software for comprehensive analysis of DNA polymorphism data. Bioinformatics. 2009; 25(11):1451-2.
39. Sheng G, Hu J, Tong H, Llamas B, Yuan J, Hou X, et al. Ancient DNA of northern China Hystricidae sub-fossils reveals the evolutionary history of old world porcupines in the Late Pleistocene. BMC evolutionary biology. 2020; 20(1):1-8.

Full-Text:



 

 

 

تبارشناسی و تنوع ژنتیکی تشی (Hystrix indica)

بر اساس ژن سیتوکروم ب میتوکندریایی در استان فارس

 

 

 

 

 

 

چکیده

زمینه و هدف: تشی به‌عنوان بزرگ‌ترین جونده ایران در سالیان اخیر دچار  تعارضاتی با انسان در خصوص تخریب باغات و محصولات کشاورزی و نیز بروز تلفات به واسطه شکار غیرمجاز و استفاده از سموم شیمیایی شده است و با این وجود اطلاعات کار آمدی که زمینه ایجاد برنامه مدیریتی و حفاظتی برای این گونه را فراهم کند وجود ندارد، به همین منظور این مطالعه با هدف بررسی ساختار و تنوع ژنتیکی تشی در زیستگاه های استان فارس به انجام رسید.

روش بررسی: در این پژوهش، یک قطعه با اندازه 912 جفت نوکلئوتید از ژن سیتوکروم ب میتوکندریایی در 13 نمونه تیغ و بافت از تشی در زیستگاه های استان فارس تکثیر و توالی­یابی شد.

 یافته ها: براساس درخت تبارشناسی ترسیم شده با احتمال بیشینه، تمامی نمونه‌های مورد مطالعه مربوط به یک تبار و از گونه Hystrix indica هستند. در بین نمونه­های مورد بررسی تنها دو هاپلوتایپ شناسایی شد. تنوع هاپلوتایپی برابر با 282/0 و تنوع نوکلئوتیدی 00029/0 برآورد شد.

بحث و نتیجه گیری: بر اساس نتایج بدست آمده میزان تنوع هاپلوتایپی تشی در استان فارس پایین برآورد شد. بر این اساس پیشنهاد می­شود ضمن انجام مطالعات جمعیت شناختی با تدوین برنامه مدیریتی و حفاظتی برای این گونه، از بحران‌های بیشتر محیط زیستی مرتبط با آن نظیر اختلال در زنجیره غذایی جلوگیری گردد.

 

 

واژه های کلیدی: تشی، تبارشناسی، تنوع هاپلوتایپی، حفاظت، استان فارس

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Phylogeny and genetic diversity of Indian crested porcupine (Hystrix indica) based on mtDNA cytochrome b in Fars province.

 

Abstract

Background and Objective: In recent years, Hystrix indica as the biggest rodent in Iran has been in conflict with humans regarding the destruction of gardens and agricultural products, and the population of this species has been decreased due to illegal hunting and the use of pesticides and chemical poisons. Meanwhile there is not effective information which provide the possibility of developing a management and conservation plan for this species, so the aim of this study is to investigate the structure and genetic diversity of Hystrix indica in Fars province habitats.

Method: 13 quill and tissue samples of this species were collected in the Fars province habitats. After DNA extraction, mitochondrial cytochrome b gene was amplified in 13 samples by polymerase chain reaction and 912 nucleotide pairs of this gene were sequenced and edited for each sample.

Findings: Based on the Maximum Likelihood Estimation of Phylogenetic Tree, all the studied samples are related to the same clade and belong to Hystrix indica species. Among the studied samples, only two different haplotypes were identified and the haplotype diversity was equal to 0.282 and the nucleotide diversity was estimated to be 0.00029.

Discussion and results: the results showed that haplotype diversity of Hystrix indica  is low in Fars province, so it is suggested to avoid further environmental crises like disruption of its food chain, while conducting demographic studies in order to develop a conservation and management plan for this species.

Keywords: Hystrix indica , Phylogenetics, genetic diversity, cytochrome B, Fars province

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

زمینه و هدف:

از دست رفتن زیستگاه­ها، تغییر و تبدیل زیستگاه­ها و بهره­برداری بیش از حد و تغییر اقلیم عامل اصلی از بین رفتن تنوع زیستی هستند (1). امروزه یکی از نگرانی‌های عمده‌ی جهان، کاهش تنوع زیستی باقی مانده است (2). حفاظت از جمعیت‌های طبیعی اکوسیستم‌ها می‌تواند راهی مؤثر برای کاهش این نگرانی‌ها باشد (3). دانش کافی در مورد گونه­ها، تأثیر مستقیمی بر اقدامات حفاظتی دارد (4).  مدیریت و حفاظت از حیات وحش نیازمند داشتن تصویری جامع از تنوع ژنتیکی در ساختارهای گیتاشناسی است (5) و تدوین و اجرای برنامه‌های مدیریتی فعلی و آینده نیازمند شناسایی تنوع و ساختار ژنتیکی جمعیت­ها است (6).

برای برنامه ریزی به منظور مدیریت واحدهای جمعیتی در یک منطقه و حفاظت آن‌ها باید ارتباطات هر جمعیت محلی با سایر جمعیت­های منطقه را به دقت ارزیابی نمود (7)؛ بنابراین ارزیابی تنوع ژنتیکی موجود در یک جمعیت از مهمترین اهداف در مطالعه ژنتیک جمعیت­هاست و کاربرد مهمی در زیست شناسی حفاظت مانند شناخت روابط تاکسونومیک (8)، حفظ ذخایر ژنتیکی (9) و تعیین ذخایر و گونه­های حاصل از برنامه­های تکثیر در اسارت برای معرفی مجدد در آینده دارد (10) (11). شناسایی ساختار ژنتیک جمعیت­های یک محدوده نیز بسیار با اهمیت است. زیرا آگاهی از ساختار ژنتیکی یک جمعیت در شناخت پتانسیل حفاظت جمعیت مذکور و ریسک در معرض انقراض قرار گرفتن گونه­ها، امری مهم است (12-14).

ایران به دلیل قرارگیری در فلات ایران و هم‌جواری با اقلیم‌های مختلف آسیایی دارای پراکندگی جانوری منحصر به فردی است که در این میان راسته جوندگان به‌عنوان بزرگترین راسته پستانداران سهم مهمی در تنوع زیستی ایران دارد و هشت خانواده و بیش از هفتاد گونه از این راسته در ایران زیست می کنند. با وجود فراوانی و گسترش زیاد این گونه ها در جهان، در دو قرن اخیر 45 گونه از اعضای این راسته منقرض شده و 78 گونه نیز بشدت در معرض خطر انقراض قرار دارند و روند کاهشی سایر گونه ها نیز همچنان وجود دارد (15) 

تشی(Hystrix indica)بزرگ‌ترین جونده ایران است که وزنی بین ۱۱ تا ۲۵ کیلوگرم دارد. بدن تشی از بینی تا پایه دم بین ۷۰ تا ۹۰ سانتیمتر است که دمی به‌اندازه ۸ تا ۱۰ سانتیمتر به آن اضافه می‌شود (15). تشی در سراسر جنوب شرقی و آسیایی مرکزی و در بخش‌هایی از خاورمیانه ازجمله کشورهای ایران، عربستان سعودی، یمن، فلسطین، اردن، لبنان، ترکیه، پاکستان، سریلانکا، بنگلادش، بوتان، نپال، هند، افغانستان، ارمنستان، آذربایجان، چین، گرجستان و ترکمنستان یافت می‌شود (15).

تشی به دلیل ویژگی­های زیستی خاص، نظیر شب فعّال بودن و تمایل به زندگی دور از انسان و گوشه گیر بودن، کمتر مورد مطالعه قرارگرفته است، اما تشی‌ با استفاده از گیاهان زراعی به‌عنوان منبع غذایی و تخریب باغ‌ها و زمین های کشاورزی موجب بروز تعارضاتی با انسان می شود. جنبه دیگری از تعارض این گونه را می توان مشکلات سلامت و  پزشکی ناشی از بیماری های مشترک و صدمات ناشی از برخورد خارهای آن‌ با انسان و حیوانات اهلی برشمرد (16).

اگر‌‌چه مطالعات ژنتیکی و جمعيت شناسی این گونه بسیار محدود است، اما در زمينه ارزیابی مطلوبیت زیستگاهی (15)، بررسی خسارات محصولات کشاورزی و نقش اقتصادی این اين جانور بر کشاورزي و جنگلداري(17-20)،  (21) ، مقایسه کارایی روش­های کنترل خسارت این گونه (16, 22, 23) و ، بیماری های مشترک با انسان و حیوانات اهلی (24) مطالعات مختلفی انجام شده

با وجود اینکه با توسعه فعالیت­های انسانی نظیر جاده ها و مناطق مسکونی، زیستگاه‌های مناسب برای تشی‌ها کاهش‌یافته است و از سوی دیگر، استفاده از آفت‌کش‌ها، شکار مستقیم تشی برای استفاده از گوشت آن و سایر محصولات جانبی آن سبب کاهش جمعیت تشی در مناطق مختلف کشور شده است، اما با توجه به سازگاری تشی با محدوده وسیعی از زیستگاه‌ها و انواع غذاها و عدم وجود مطالعات کافی و جدید در زمینه فراوانی و جمعیت شناختی، این گونه در لیست کمترین نگرانی قرار گرفته است و برنامه مدیریتی مشخصی برای حفاظت از این گونه در سطح کشور وجود نداشته است؛ بر همین اساس، این مطالعه با هدف بررسی وضعیت ساختار و تنوع ژنتیکی تشی در استان فارس به‌عنوان یکی از زیستگاه های اصلی این گونه در ایران تدوین شد تا بتوان به شکل بهتر و دقیق­تر با دستیابی به وضعیت ژنتیکی این گونه در زیستگاه­های طبیعی آن، برآورد بهتری از وضعیت این گونه به عمل آورد تا اقدامات مدیریتی مناسب جهت حفاظت از این گونه ارزشمند امکان پذیر گردد.

 

روش بررسی:

نمونه برداری: با هماهنگی اداره محیط زیست استان تعداد 13 نمونه از تیغ‌های رها شده در طبیعت و بافت (از تشی های تلف شده بر اثر سوانح یا نمونه‌های مصادره از شکارچیان غیر مجاز) از نقاط مختلف استان فارس، در تابستان 1398 جمع‌آوری و پس از قرارگیری در اتانول 96% به آزمایشگاه انتقال یافت (شکل 1).

 

 

 

شکل 1- نقاط نمونه‌برداری از تشی در استان فارس                                  شکل 2- نقشه پراکنش تشی در ایران  (25)

 

استخراج و توالی­یابی DNA:

استخراج DNA از نمونه‌ها با استفاده از کیت­های استخراج DNA شرکت ویراژن بر اساس دستورالعمل استاندارد انجام شد. سپس کیفیت DNA هر یک از نمونه­ها به کمک دستگاه نانودراپ بررسی شد. یک قطعه از ژن سیتوکروم ب با استفاده از آغازگرهای L14724 (26) و H15748 (27) با اندازه و 912 جفت باز تکثیر شد.  حجم واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) برابر 25 میکرولیتر و محتوای آن شامل 13 میکرولیتر از مستر میکس، 9 میکرولیتر آب مقطر،1 میکرولیتر DNA و 1 میکرولیتر از هر آغازگر می باشد. مراحل PCR به شرح زیر انجام شد: واسرشت سازی اولیه در دمای 95 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 دقیقه، واسرشت سازی در دمای 95 درجه سانتی­گراد به مدت45 ثانیه، اتصال آغاز در دمای 56 درجه سانتی­گراد و به مدت 60 ثانیه و مرحله بسط در دمای 72 درجه سانتی­گراد به مدت 60 ثانیه، (35 بار) و مرحله بسط نهایی در دمای 72 درجه سانتی­گراد به مدت 7 دقیقه. به منظور تأیید تکثیر ناحیه مورد نظر طی واکنش­های  PCR الکتروفورز محصولات به‌دست‌آمده روی ژل آگارز 2درصد با رنگ­آمیزی سیف استین صورت گرفت. از جمع نمونه‌ها 13 نمونه دارای باند قوی و شفاف بودند. پس از اطمینان از تکثیر و عدم وجود آلودگی، مقدار 20 میکرولیتر از محصولات PCR به منظور تعیین توالی به شرکت Group BGI کشور چین ارسال شد. نمونه­ها با استفاده از دستگاه ABI3730 به روش خودکار توالی‌یابی شدند.

تحلیل‌های ژنتیکی: 

برای بررسی وضعیت تبارشناختی نمونه‌های مورد مطالعه با دیگر گونه‌ها از خانواده تشی توالی‌های به‌دست‌آمده در این تحقیق ابتدا به‌وسیله نرم‌افزار Seqscape v2.7 ویرایش شد. سپس در نرم‌افزار Mega11 (28) ردیف‌آرایی نمونه‌های مورد بررسی همراه با نمونه‌های دریافت شده از ژن بانک انجام شد (جدول 1).

جدول 1- فهرست توالی‌های ناحیه سیتوکروم ب میتوکندریایی استفاده شده در این تحقیق

منبع	موقعیت	کشور	نام فارسی گونه					نام علمی گونه	شماره نمونه
مطالعه حاضر	استان فارس، جویم	ایران	تشی					Hystrix Indica	1 H
مطالعه حاضر	استان فارس، علویه	ایران	تشی					Hystrix Indica	2 H
مطالعه حاضر	استان فارس، بنارویه	ایران	تشی					Hystrix Indica	3 H
مطالعه حاضر	استان فارس، جهرم	ایران	تشی					Hystrix Indica	4 H
مطالعه حاضر	استان فارس، جهرم	ایران	تشی					Hystrix Indica	5 H
مطالعه حاضر	استان فارس، جهرم	ایران	تشی					Hystrix Indica	6 H
مطالعه حاضر	استان فارس، موسویه	ایران	تشی					Hystrix Indica	7 H
مطالعه حاضر	استان فارس، جهرم	ایران	تشی					Hystrix Indica	8 H
مطالعه حاضر	استان فارس، علویه	ایران	تشی					Hystrix Indica	9 H
مطالعه حاضر	استان فارس، جهرم	ایران	تشی					Hystrix Indica	10 H
مطالعه حاضر	استان فارس، جهرم	ایران	تشی					Hystrix Indica	11 H
مطالعه حاضر	استان فارس، خفر	ایران	تشی					Hystrix Indica	12 H
مطالعه حاضر	استان فارس، جهرم	ایران	تشی					Hystrix Indica	13 H
ژن بانک	(29)							Hystrix Indica	MT152313.1
ژن بانک	(30)							Hystrix Indica	FJ472579.1
ژن بانک	(30)							Hystrix Cristata	FJ472567.1
ژن بانک	(30)							Hystrix Cristata	FJ472568.1
ژن بانک	(30)							Hystrix Cristata	FJ472572.1
ژن بانک	(30)							Hystrix Cristata	FJ472571.1
ژن بانک	(30)							Hystrix Cristata	FJ472573.1
ژن بانک	(30)							Hystrix Cristata	FJ472575.1
ژن بانک	(30)							Hystrix Cristata	FJ472574.1
ژن بانک	(30)							Hystrix Cristata	FJ472569.1
ژن بانک	(30)							Hystrix Cristata	FJ472566.1
ژن بانک	(30)							Hystrix Cristata	FJ472565.1
ژن بانک	(30)							Hystrix Cristata	FJ472570.1
ژن بانک	(31)							H.Africaeaaustralis	X70674.1
ژن بانک	(32)							Hystrix Brachyura	NC050263.1
ژن بانک	(33)							Atherurus Macrourus	MT024305.1
ژن بانک	(34)							Atherurus Macrourus	FJ931121.1
ژن بانک	(35)							Erethizon	KC463889.1
ژن بانک	(36)							Fukomys Damarensis	KT321364.1

 

برای تعیین فاصله ژنتیکی بین نمونه‌ها، فراوانی بازهای آلی مختلف و تعیین میزان جانشینی‌های نوع اول و دوم توسط نرم‌افزار MEGA11  و با 10000 تکرار انجام گردید (37). تعداد هاپلوتایپ‌ها، جایگاه‌های چندشکلی با استفاده از نرم‌افزار DNAsp 5.2 (38) برآورد شد. پس از اضافه‌کردن سایر نمونه‌های استخراج شده از ژن بانک، برای تعیین بهترین مدل جانشینی نوکلئوتیدی از نرم‌افزار  JModelTest 2.1.5 و دو آماره BIC و AIC استفاده شد. درخت تبارشناسی با روش بیشینه احتمال با 1000 بوت‌استرپ در نرم‌افزار Mega11 بر اساس مدل تکاملی HKY+I، به‌عنوان بهترین مدل تکاملی انتخاب شده، ترسیم شد. برای مقایسه فواصل ژنتیکی نمونه‌ها در جمعیت مورد مطالعه تشی با نمونه‌های استخراج شده از ژن بانک از ماتریس فاصله ژنتیکی در نرم‌افزارMega11  استفاده شد. شبکه هاپلوتایپی با استفاده از نرم‌افزار PopART 1.7 و منطق اتصال میانه رسم شد.

 

یافته‌ها:

بر اساس درخت تبارشناسی همه توالی های به دست آمده در این پژوهش در یک شاخه قرار گرفته‌اند. تنوع ژنتیکی پایینی بین نمونه‌های این مطالعه مشاهده شد. در این پژوهش، تنها دو هاپلوتایپ شناسایی شد (جدول 5). تنوع هاپلوتایپی 282/0 و تنوع نوکلئوتیدی 00029/0 می‌باشد. مثبت شدن عدد FS Fu نشان داد گسترش گونه در گذشته بسیار پایین بوده است. مقدار تاجیما با مقدار منفی گسترش جمعیت و ناهمگونی نرخ جهش به‌ صورت ناگهانی را نشان داد که ثابت شد مقدار فو از تاجیما در بحث گسترش، از قدرت بیشتری برخوردار است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 3- درخت تبارشناسی تشی بر اساس بخشی از ژن سیتوکرروم ب میتوکندریایی به روش احتمال بیشینه با (نمونه KT321364 به‌عنوان برون‌گروه در نظر گرفته شده است (39))

 

 

جدول 5- هاپلوتایپ‌های به‌دست‌آمده از جمعیت تشی در نرم‌افزار Dna SP

شماره هاپلوتایپ	موقعیت	شماره نمونه
1	استان فارس، جویم	1 H
2	استان فارس، علویه	2 H
1	استان فارس، بنارویه	3 H
1	استان فارس، جهرم	4 H
1	استان فارس، جهرم	5 H
1	استان فارس، جهرم	6 H
2	استان فارس، موسویه	7 H
1	استان فارس، جهرم	8 H
1	استان فارس، علویه	9 H
1	استان فارس، جهرم	10 H
1	استان فارس، جهرم	11 H
1	استان فارس، خفر	12 H
1	استان فارس، جهرم	13 H

 

مقادیر پارامترهای تنوع مولکولی از قبیل تنوع‌های هاپلوتایپی، واریانس تنوع هاپلوتایپی و تنوع نوکلئوتیدی و همچنین مقادیر FS فو و D تاجیما توسط نرم­افزار Dna SP محاسبه شده است که در جدول 7 قابل مشاهده است.

 

جدول 7- مقادیر محاسبه شده برخی از پارامترهای تنوع مولکولی و شاخص تاجیما و فو در نرم‌افزار Dna SP

تنوع هاپلوتایپی	0.282
واریانس تنوع هاپلوتایپی	0.02007
تنوع نوکلئوتیدی	0.00029
D  تاجیما	, P> 0.10 27429/0-
FS  فو	, P> 0.10 0.240

 

 

 

شکل 4- توزیع تحلیل Mismatch برای Hystrix indica در استان فارس با اسفاده از نشانگر میتوکندریایی سیتوکروم­بی

 

لازم به ذکر است برای تاریخ جمعیتی یک گونه از شاخص‌هایFu و Li و تاجیما استفاده می‌شود. به طور مثال فو در جدول 4-7 مثبت شده است که گسترش گونه در گذشته را بسیار پایین توصیف می‌کند. مقدار تاجیما با مقدار منفی گسترش جمعیت و ناهمگونی نرخ جهش به‌صورت ناگهانی را توصیف می‌کند. مقدار فو از تاجیما در بحث گسترش از قدرت بیشتری برخوردار است.

پس از تعیین تعداد هاپلوتایپ‌ها در نرم‌افزار dna sp، تخمین الگوی جانشینی نوکلئوتیدها با استفاده از رویه MCL  در نرم‌افزار Mega11 محاسبه شد که در جدول 8 ذکر شده است.

 

جدول 8- تخمین الگوی جانشینی نوکلئوتید‌ها با استفاده از رویه MCL  در نرم‌افزار مگا

From\To	A	T	C	G
A	-	0001/0	0001/0	3614/12
T	0001/0	-	7776/27	0000/0
C	0001/0	9381/29	-	0000/0
G	9223/29	0001/0	0001/0	-

در جدول فوق اعداد های‌لایت شده نرخ جانشینی اول و باقی اعداد نرخ جانشینی دوم هستند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل 5- شبکه هاپلوتایپی - اتصال میانه ناحیه سیتوکروم ب میتوکندریایی (هر رنگ معرف یک فرد است). در این شکل تعداد جهش‌های نقطه‌ای مابین هاپلوتایپ‌های تشی بر روی خط نوشته شده است. اندازه دایره‌ها با فراوانی هاپلوتایپ در ارتباط است.

 

بحث و نتیجه‌گیری:

عدم اطلاع کافی از شاخص‌های اثرگذار بر مطلوبیت زیستگاهی، لکه‌های جمعیتی و چگونگی کمیت و کیفیت روابط بوم‌شناختی تشی، سبب می‌شود تا مسئولان حفاظت از تنوع زیستی و زیستگاه‌ها در برنامه‌ریزی دقیق و جامع و تعیین اولویت جهت اقدامات حفاظتی و مدیریتی این گونه با ابهامات بسیاری روبه‌رو شوند. با استفاده از نتایج این پژوهش و انجام پژوهش‌های مشابه آتی، می‌توان با فراهم آوردن امکان شناسایی هرچه بهتر لکه‌های زیستگاهی و پارامترهای محیطی اثرگذار بر توزیع این گونه گامی مؤثر برای تدوین و اجرای برنامه‌های حفاظتی و مدیریتی این جونده بزرگ در ایران برداشت.

بر اساس نتایج در بین نمونه­های توالی­یابی شده دو هاپلوتایپ متفاوت شناسایی و تنوع هاپلوتایپی برابر با 282/0 و تنوع نوکلئوتیدی 00029/0 برآورد شد. نتایج درخت تبارشناسی با روش احتمال بیشینه نشان داد که تمامی گونه­ها در یک تبار و از گونه Hystrix indica هستند. متأسفانه تا به امروز گزارش واحدی در مورد وضعیت جمعیت یا ارزیابی تهدیدات این گونه وجود ندارد. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که Hystrix indica به طور مستقیم یا غیرمستقیم دامنه منابع موجود برای گونه‌های دیگر را با ایجاد تغییرات فیزیکی در مواد زنده یا غیرزنده محدود می‌کند. ازاین‌رو، ما توصیه می‌کنیم که مطالعات بیشتری برای تعیین وضعیت جمعیت، پراکنش، تهدیدها و اکولوژی این گونه انجام شود تا به‌زودی اقدامات مؤثر حفاظتی اجرا شود. از جمله تهدیدهایی که این گونه را در معرض خطر قرار می­دهد شکار بی‌رویه است.

  نتایج این پژوهش بسیار نگران‌کننده بوده و نشان‌دهنده بحرانی بودن وضعیت تنوع ژنتیکی تشی در استان فارس است؛ لذا پیشنهاد می­شود با اقدامات مدیریتی و حفاظتی برای این جونده از بحران‌های بیشتر محیط زیستی مرتبط با آن نظیر اختلال در زنجیره غذایی و برهم‌خوردن نظم اکوسیستم­ها جلوگیری گردد چرا که حذف یک گونه از طبیعت، تمامی گونه­ها را با مشکل جدی مواجه می­کند.

 

 

 

منابع 

 

1.        Lande R. Extinction Risks from Anthropogenic, Ecological. Genetics and the extinction of species: DNA and the conservation of biodiversity. 1999:1.

2.        Fleishman E, Noss RF, Noon BR. Utility and limitations of species richness metrics for conservation planning. Ecological indicators. 2006;6(3):543-53.

3.        Brooks T. Rose-tinted ecology. Public Library of Science San Francisco, USA; 2003.

4.        Hackländer K, Ferrand N, Alves PC. Overview of lagomorph research: what we have learned and what we still need to do. Lagomorph Biology: Springer; 2008. p. 381-91.

5.        Davison J, Ho SY, Bray SC, Korsten M, Tammeleht E, Hindrikson M, et al. Late-Quaternary biogeographic scenarios for the brown bear (Ursus arctos), a wild mammal model species. Quaternary Science Reviews. 2011;30(3-4):418-30.

6.        Jafari HNZ, Hamid; Bolandi, Ahmad Reza; Darzi Ramandi, Hadi. Investigating the genetic diversity and phylogenetic relationships of some species of the saffron genus in Iran using the RAPD marker. Biotechnology of Medicinal Plants. 2014;1(No 1), 55-63 (In Persian).

7.        Tobe S, Linacre A. Species identification of human and deer from mixed biological material. Forensic science international. 2007;169(2-3):278-9.

8.        Avise JC. A role for molecular genetics in the recognition and conservation of endangered species. Trends in Ecology & Evolution. 1989;4(9):279-81.

9.        Movaghar S. Iranocypris typhlops Kaiser the blind cave fish from Iran. Journal of the Veterinary Faculty of the University of Tehran. 1973;29:43-50.

10.        Vogler AP, Desalle R. Diagnosing units of conservation management. Conservation Biology. 1994;8(2):354-63.

11.        Freeland JR. Molecular ecology: John Wiley & Sons; 2020.

12.        Hilborn R, Quinn TP, Schindler DE, Rogers DE. Biocomplexity and fisheries sustainability. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2003;100(11):6564-8.

13.        Hughes JB, Daily GC, Ehrlich PR. Population diversity: its extent and extinction. Science. 1997;278(5338):689-92.

14.        Luck GW, Daily GC, Ehrlich PR. Population diversity and ecosystem services. Trends in Ecology & Evolution. 2003;18(7):331-6.

15.        Memarzadeh Kiani A, Imani Harsini J, Karami M. Modeling the habitat desirability of Hystrix indica in Khajir National Park using the entropy treatment method (MaxEnt). Animal Environment Quarterly. 2021;13 (4):9-18 (In Persian).

16.        Namvar P, Derini A. Controlling the damage of the rodent (Rodentia: Hystricidae) Hystrix indica Kerr in the fields of natural resources in the south of Kerman province. national conference on sustainable agriculture and natural resources, Tehran. 2012; (In Persian).

17.        Fattahi M. . The effect of ash on the forests of Zagros (Case study in the cradle of Islamabad West). Journal of Research and Construction. 1994;24 (In Persian).

18.        Chaudbry M, Ahmad A. Trial of poisonous gases and baits against porcupines. Pakistan journal of forestry. 1975.

19.        Chaudhry G. Wildlife an Economic Zoologist’s view point. Pak J For. 1970;20:369-72.

20.        Khan A, Ahmad S, Hussain I, Munir S. Deterioration impact of Indian crested porcupine, Hystrix indica, on forestry and agricultural systems in Pakistan. International Biodeterioration & Biodegradation. 2000;45(3-4):143-9.

21.        Khan H, Arif I, Al Farhan A, Al Homaidan A. Phylogenetic analysis of oryx species using partial sequences of mitochondrial rRNA genes. Genetics and Molecular Research. 2008;7(4):1150-5.

22.        Moshtagh M. Evaluation of bait fresh food to manage Hystrix indica. Pakistan Journal of Zool, 40: p 179. 2008.

23.        Pervez A. Developmental biology, feeding patterns and management strategy against Indian crested porcupine (Hystrix indica) in Sindh and Balochistan provinces. 3rd Annual Progress Rep(2005-2006), ALP Project VPCI/SARC/PARC, Karachi. 2006:56.

24.        Rasi Y, Jalali M, Javadian E, Motazedian M. Confirmation of Meriones libycus (Rodentia; Gerbillidae) as the Main Reservoir Host of Zoonotic Cutaneous Leishmaniasis in Arsanjan, Fars Province, South of Iran (1999-2000). 2001.

25.        Karami M, Qadirian T, Faizullahi K. Mammal Atlas of Iran. jahad daneshgahi Publications, Khwarazmi branch. 2015;(In Persian).

26.        Hsieh H-M, Chiang H-L, Tsai L-C, Lai S-Y, Huang N-E, Linacre A, et al. Cytochrome b gene for species identification of the conservation animals. Forensic science international. 2001;122(1):7-18.

27.        Lopez-Oceja A, Gamarra D, Borragan S, Jiménez-Moreno S, De Pancorbo M. New cyt b gene universal primer set for forensic analysis. Forensic Science International: Genetics. 2016;23:159-65.

28.        Kumar S, Tamura K, Jakobsen IB, Nei M. MEGA2: molecular evolutionary genetics analysis software. Bioinformatics. 2001;17(12):1244-5.

29.        İbiş O. Partial mitogenome sequence of the Indian crested porcupine (Hystrix indica) in Turkey, with the phylogeny of the subgenus Hystrix. Biology Bulletin. 2020;47(4):399-406.

30.        Trucchi E, Gentile G, Sbordoni V. Development of primers to amplify mitochondrial DNA control region of Old World porcupines (subgenus Hystrix). Molecular ecology resources. 2008;8(5):1139-41.

31.        Din-Pow M, Zharkikh A, Graur D, VandeBerg JL, Lie W-H. Structure and evolution of opossum, guinea pig, and porcupine cytochrome b genes. Journal of Molecular Evolution. 1993;36(4):327-34.

32.        Tu F, Huang X, Zhang Y, Feng Y. Complete mitochondrial genome of captive Chinese porcupine Hystrix hodgsoni (Rodentia: Hystricidae). Mitochondrial DNA Part B. 2020;5(2):1945-6.

33.        Gombeer S, Nebesse C, Musaba P, Ngoy S, Peeters M, Vanderheyden A, et al. Exploring the bushmeat market in Brussels, Belgium: a clandestine luxury business. Biodiversity and Conservation. 2021;30(1):55-66.

34.        Vilela RdV. Roedores e biomas neotropicais: estudos evolutivos e comparativos: Universidade de São Paulo; 2011.

35.        Voss RS, Hubbard C, Jansa SA. Phylogenetic relationships of New World porcupines (Rodentia, Erethizontidae): implications for taxonomy, morphological evolution, and biogeography. American Museum Novitates. 2013;2013(3769):1-36.

36.        Shi H, Ren M, Zhang S, Mao X. A complete mitochondrial genome of the Damaraland mole rat Fukomys damarensis retrieved from the published genome of the brandt's bat Myotis brandtii. Mitochondrial DNA Part A. 2016;27(6):4282-3.

37.        Tamura K, Dudley J, Nei M, Kumar S. MEGA4: molecular evolutionary genetics analysis (MEGA) software version 4.0. Molecular biology and evolution. 2007;24(8):1596-9.

38.        Librado P, Rozas J. DnaSP v5: a software for comprehensive analysis of DNA polymorphism data. Bioinformatics. 2009;25(11):1451-2.

39.        Sheng G, Hu J, Tong H, Llamas B, Yuan J, Hou X, et al. Ancient DNA of northern China Hystricidae sub-fossils reveals the evolutionary history of old world porcupines in the Late Pleistocene. BMC evolutionary biology. 2020;20(1):1-8.

 

5

 

---